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      蒸汽發(fā)生器一次側(cè)人孔螺栓孔修復(fù)工藝設(shè)計

      2019-07-04 09:44:02余作長楊全超陳金華
      設(shè)備管理與維修 2019年5期
      關(guān)鍵詞:攻絲人孔鏜孔

      余作長,楊全超,陳金華,葉 茂,彭 將

      (福建福清核電有限公司維修二處,福建福清 350318)

      0 引言

      螺紋聯(lián)接在核電廠應(yīng)用廣泛,直接影響核設(shè)備的安全,如壓水堆核電廠電壓力容器、穩(wěn)壓器、蒸汽發(fā)生器等大型核級設(shè)備均大量使用螺紋連接作為一回路、二回路承壓邊界。在螺栓安裝、維護(hù)期間,由于螺栓安裝不當(dāng)、防咬劑涂抹不均、絲扣腐蝕、擰緊力不均等原因,均可能造成螺栓孔的損壞,需要進(jìn)行螺栓孔的修復(fù)。螺紋孔發(fā)生嚴(yán)重?fù)p傷時,還需要對螺紋孔埋破壞性修復(fù),這時一般需要去除舊螺紋孔后重新攻絲,安裝螺紋襯套。這一修復(fù)工藝程序復(fù)雜,對設(shè)備的風(fēng)險高,需專業(yè)的人員施工,并且需要嚴(yán)謹(jǐn)、細(xì)致的返修工藝方案。

      壓水堆核電廠穩(wěn)壓器、蒸汽發(fā)生器是核電廠重要關(guān)鍵設(shè)備,是質(zhì)保一級、安全一級、抗震一級設(shè)備。穩(wěn)壓器人孔、蒸汽發(fā)生器人孔、手孔、眼孔在安裝維護(hù)期間,由于螺栓安裝不當(dāng)、防咬劑涂抹不均、絲扣腐蝕、擰緊力不均等都可能造成螺栓孔的損壞,需要進(jìn)行螺栓孔的修復(fù)。根據(jù)損傷程度,螺栓孔修復(fù)方法差異較大。

      1 工況描述與分析

      國內(nèi)某核電廠1號機(jī)組1#蒸汽發(fā)生器二次側(cè)眼孔、1號機(jī)組穩(wěn)壓器人孔螺栓孔均發(fā)生過螺紋孔嚴(yán)重?fù)p壞,需要進(jìn)行返修事件。2次返修分別是由設(shè)備制造廠、在線機(jī)加專業(yè)廠進(jìn)行返修,返修工裝和工藝大體一致,但仍有較大差別,主要原因有:①螺紋孔的規(guī)格尺寸、螺紋孔布置;②核電廠穩(wěn)壓器、蒸汽發(fā)生器人孔螺紋孔返修工藝。根據(jù)螺紋孔的布置,螺紋孔向上(穩(wěn)壓器人孔)、螺栓孔水平(蒸汽發(fā)生器二次側(cè)人孔、手孔、眼孔)、螺紋孔向下(蒸汽發(fā)生器一次側(cè)人孔)。以穩(wěn)壓器人孔螺紋孔修復(fù)工藝、蒸汽發(fā)生器眼孔修復(fù)工藝為參考,設(shè)計蒸汽發(fā)生器一次側(cè)人孔螺紋孔修復(fù)工藝,供實際發(fā)生缺陷時參考使用。

      壓水堆核電立式蒸汽發(fā)生器每臺有2個一次側(cè)人孔,使用法蘭密封,屬于一回路壓力邊界,其設(shè)計壓力為17.23 MPa,設(shè)計溫度為343,運行工作壓力15.5 MPa,工作溫度291.4。一次側(cè)人孔位于蒸汽發(fā)生器下封頭上,開口斜向下45°,安裝標(biāo)高約9.64 m,工作平臺為8 m柵格板平臺,法蘭周圍離房間構(gòu)筑物距離約。法蘭由16顆M48螺栓固定,螺紋孔深度84 mm,工況設(shè)定人孔螺栓孔中1個損壞嚴(yán)重,確認(rèn)需要進(jìn)行破壞性修復(fù),因此采用方案為擴(kuò)孔后安裝螺紋襯套。

      2 返修工裝

      2.1 工裝的主要功能

      根據(jù)修復(fù)工藝的流程,工裝的主要功能就是精確定位鏜床、液壓攻絲機(jī)與人孔法蘭,固定并確保工作時工機(jī)具運行穩(wěn)定:①在盡量減少零部件的同時要求每個零部件重量盡量輕;②工裝的加工精度不能高,但是在組裝完成后定位精度滿足要求;③還需要考慮鏜床、液壓攻絲機(jī)尺寸大小和現(xiàn)場操作空間的限制。因此,工裝的主要功能為定位、連接、穩(wěn)固。

      2.2 工裝的主要組成部件

      工裝主要由連接板、鏜床底座和鏜床支架、攻絲導(dǎo)向板、定位芯桿、輔助支撐架及相關(guān)緊固件組成:連接板用于連接工機(jī)具(鏜床、液壓攻絲機(jī))一次側(cè)人孔法蘭,通過連接板將工機(jī)具固定在法蘭上,并對法蘭密封面進(jìn)行保護(hù),返修中間過程不拆除,保證工作過程中機(jī)器的穩(wěn)定性;鏜床底座和鏜床支架用于鏜床上部固定;攻絲導(dǎo)向板用于攻絲機(jī)的精確定位;定位芯桿用于輔助鏜床和液壓攻絲機(jī)定位螺紋孔;輔助支撐架則用于鏜床和液壓攻絲機(jī)下部支撐,確保穩(wěn)定固定在人孔上,有水平調(diào)整、周向旋轉(zhuǎn)、高度調(diào)節(jié)、前后左右移動等功能,在安裝鏜床和液壓攻絲機(jī)時起輔助定位作用。

      2.3 主要工具選擇

      修復(fù)工藝主要有以下3個步驟:擴(kuò)孔、攻絲、安裝螺紋襯套,主要涉及的工具包含鏜床、攻絲機(jī)、絲錐、螺紋襯套安裝工具及配套的液壓站、空氣壓縮機(jī)。鏜床的性能參數(shù)要求見表1。

      表1 鏜床的性能參數(shù)

      依據(jù)表1,最終選擇LRM-LB-800便攜式電動鏜床、LRMHT-400液壓攻絲機(jī)和EG M484的機(jī)用絲錐(圖1)。螺紋襯套安裝工具選用安裝手柄和沖斷器(圖2)。

      工機(jī)具期物資清單如下:

      (1)便攜式鏜床 1臺,配套鏜刀,LRM-LB-800。

      (2)連接工裝(自行設(shè)計)1套。

      (3)液壓攻絲機(jī) 1臺,配液壓站,LRM-HT-400。

      (5)螺紋襯套安裝工具1個。

      (6)量具有角度尺、百分表(帶表座)、深度游標(biāo)卡尺、內(nèi)徑千分尺、鋼板尺、EG M484 螺紋通止規(guī)、M484螺紋通止規(guī)。

      (7)開口扳手1套,內(nèi)六角扳手1套。

      (9)耗材有塑料布、丙酮、金屬加工切削液、專用攻絲膏、不起毛白布、尼龍管刷等。

      圖1 絲錐

      圖2 襯套安裝工具

      3 返修工藝設(shè)計

      3.1 修復(fù)目標(biāo)

      根據(jù)蒸汽發(fā)生器一次側(cè)人孔座設(shè)計圖紙要求,螺紋孔的尺寸為 M484 T84,Ra6.3,位置度,垂直度 0.6 mm。根據(jù)DIN 8140—1999《鋼絲螺套標(biāo)準(zhǔn)》,選擇A型螺套EG M484。

      3.2 工藝步驟設(shè)計

      主要工藝步驟包括工前準(zhǔn)備、安裝工裝、安裝及調(diào)整鏜床、鏜孔、安裝及調(diào)整攻絲機(jī)、攻絲、拆除工裝、安裝襯套、驗收、工完料盡。

      第一步:對需要返修的眼孔螺孔進(jìn)行標(biāo)記。

      第二步:用丙酮和不起毛白布清理密封面,并貼上核級膠帶,對一次側(cè)人孔和其余螺紋孔做好防異物封堵。

      第三步:用壓縮空氣和尼龍管刷清理需返修的螺孔及安裝定位工裝的兩側(cè)2個螺孔(圖3)。

      第四步:檢查所需處理的螺紋孔相鄰兩側(cè)2個螺紋孔情況,并做好記錄。

      圖3 螺紋孔防異物封堵

      第五步:將連接螺栓擰到2個螺栓孔上,確保螺栓與人孔面平齊,用4顆M12內(nèi)六角螺栓將連接底板固定到連接螺栓上,擰緊力矩35 N·m(圖4)。

      圖4 安裝連接底板

      第七步:用4顆M12螺栓固定鏜床底座到連接底板上,用3顆M12螺栓固定鏜床支架固定到鏜床底座上,力矩35 N·m(圖5)。

      第八步:使用輔助支架將鏜床安裝到鏜床支架上(圖6)。

      圖5 安裝鏜床底板和支架

      圖6 安裝和調(diào)整鏜床

      第九步:將定位芯桿旋入待加工孔內(nèi),確保旋緊。在鏜桿的下端安裝百分表,將百分表的測量桿接觸到人孔座表面,并調(diào)整到合適的位置。緩慢旋轉(zhuǎn)鏜桿一周,讀出百分表測量桿經(jīng)過連接底板上4個垂直度調(diào)整螺栓所在位置數(shù)據(jù)。根據(jù)情況調(diào)整垂直度調(diào)整螺栓,調(diào)整完成后數(shù)差值約0.05 mm。用同樣的方法調(diào)整同心度調(diào)整螺栓,讀數(shù)差值約0.05 mm(圖7)。

      圖7 鏜床對中

      圖8 安裝攻絲導(dǎo)向板

      圖9 安裝和調(diào)整攻絲機(jī)

      圖10 攻絲

      第十步:拆除定位芯桿,操作鏜床進(jìn)行鏜孔,緩慢進(jìn)刀,防止鏜孔深度超出要求。設(shè)定轉(zhuǎn)動速度,控制器讀數(shù)為220~250;設(shè)定軸向進(jìn)刀速度,控制器讀數(shù)為50。根據(jù)DIN 8140—1999中關(guān)于ISO米制螺紋襯套的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn),安裝EG M484螺紋襯套所需的最小底孔尺寸為105 mm,推薦鏜孔的最終孔徑在48.866~49.352 mm。分3步鏜孔,每步鏜孔尺寸分別為:46.4 mm,48.2 mm和49.05 mm,鏜孔深度要求不小于108 mm。每一步鏜孔結(jié)束需測量孔徑和孔深,鏜孔期間確保提供足夠的冷卻液(除鹽水),在接近最終鏜孔尺寸時增加測量孔內(nèi)徑尺寸的頻度,確保鏜孔尺寸合格后立即停止加工。

      第十一步:鏜孔結(jié)束后拆除鏜床、鏜床支架、鏜床底座,用壓縮空氣和尼龍管刷清理底孔。使用深度千分尺測量鏜好的底孔深度是否符合要求,使用內(nèi)徑百分尺、檢查通棒、角度尺驗證孔徑的大小和垂直度。

      第十二步:將攻絲定位芯桿擰入攻絲導(dǎo)向板后安裝到鏜好的孔,確定攻絲導(dǎo)向板的位置,用4顆M12螺栓固定攻絲導(dǎo)向板到連接底板上,力矩35 N·m,用圓周4顆調(diào)整螺栓輔助固定(圖8)。

      第十三步:將絲錐擰入攻絲導(dǎo)向板,使用輔助支架將液壓攻絲機(jī)套入絲錐,固定位置后用4顆M12螺栓將液壓攻絲機(jī)固定在攻絲導(dǎo)向板上,力矩35 N·m(圖9)。

      第十四步:攻絲,使用液壓攻絲機(jī)一次攻絲成型,注意攻絲期間設(shè)定攻絲轉(zhuǎn)速30~40 r/min(圖10)。

      第十五步:攻絲結(jié)束后拆除液壓攻絲機(jī)、攻絲導(dǎo)向板、連接底板,用壓縮空氣和尼龍管刷清理底孔。使用EG M484螺孔垂直度測量工裝、角度尺測量垂直度,用EG M484螺紋通止規(guī)對螺孔進(jìn)行尺寸檢查,并用深度千分尺測量螺孔深度。

      第十六步:用螺紋襯套安裝工具緩慢的擰進(jìn)螺孔,擰到螺紋襯套距法蘭面留有0.25~0.75圈空螺紋。取出工具,測量襯套的擰入深度合格后。用專用工具輕輕敲掉襯套安裝柄,取出敲掉的安裝柄。

      第十八步:拆除連接螺栓,對2個螺栓孔進(jìn)行檢查,確保沒有損害螺紋孔。

      3.3 返修工藝的質(zhì)量關(guān)鍵點

      根據(jù)蒸汽發(fā)生器一次側(cè)人孔座設(shè)計圖紙要求,螺紋孔的尺寸為M484,最小螺紋深度為84 mm,表面粗糙度要求為Ra6.3,螺紋底孔的位置度要求為1 mm,垂直度要求0.6 mm。螺紋粗糙度靠螺紋襯套(成品備件)控制,位置度、垂直度靠返修工裝設(shè)計及返修工藝鏜孔、攻絲步驟控制。

      3.3.1 工裝設(shè)計

      (1)連接底板、鏜床底座、攻絲導(dǎo)向板(鏜床支架是鏜床自備部件)3項自行設(shè)計的工裝的強(qiáng)度、剛度(包括緊固件連接的強(qiáng)度、剛度)是保證返修工藝的重要點,如果這3項工裝的強(qiáng)度、剛度不滿足要求,在返修中可能引起鏜孔尺寸精度、形狀公差(垂直度)、位置公差(位置度)。

      (2)定位芯桿(鏜孔前的定位芯桿、攻絲前的定位芯桿)保證鏜床、攻絲機(jī)對中的重要部件,它們的尺寸精度、形位公差是保證返修工藝的重要參數(shù)。

      (3)輔助支架的設(shè)計主要目的是配合鏜床、液壓攻絲機(jī)的對中以及工作中提供輔助支撐,確保工裝的連接強(qiáng)度、剛度。

      3.3.2 工藝步驟

      (1)返修工藝中第九步:鏜床鏜孔對中調(diào)整步驟,直接影響后續(xù)攻絲(螺紋孔)的形狀公差(垂直度)、位置公差(位置度),是一個關(guān)鍵步驟,必須將鏜床與螺紋孔的徑向、軸向?qū)χ袛?shù)據(jù)調(diào)整到滿足要求才能進(jìn)行下一步驟工作。

      (2)返修工藝中第十二步:攻絲機(jī)的對中調(diào)整步驟,直接影響后續(xù)襯套安裝后尺寸是否達(dá)標(biāo),因此是一個關(guān)鍵步驟,必須將攻絲機(jī)與鏜好的孔的徑向、軸向?qū)χ袛?shù)據(jù)調(diào)整到滿足要求才能進(jìn)行下一步的工作。

      3.3.3 異物控制

      異物控制即(螺紋)孔的清潔度控制:工裝安裝前螺紋孔如果有異物可能導(dǎo)致新增螺紋孔缺陷;施工過程中鏜好的孔的清潔度直接影響加工精度,如果攻絲過程中孔中夾雜著鐵屑,可能會產(chǎn)生新的損傷;攻絲后螺紋孔的清潔度對后續(xù)襯套安裝也影響較大。因此工裝之前、每一步鏜孔和攻絲結(jié)束后需對該孔用壓縮空氣吹掃和尼龍管刷清潔螺紋孔,用內(nèi)窺鏡做好檢查。

      4 總結(jié)

      已有穩(wěn)壓器人孔螺紋孔、蒸汽發(fā)生器二次側(cè)眼孔的返修經(jīng)驗,再進(jìn)行蒸汽發(fā)生器一次側(cè)人孔的返修總體難度不大,但是要重點關(guān)注以下2點。

      (1)需要加強(qiáng)返修工裝的強(qiáng)度、剛度,并專設(shè)輔助支架以便于鏜床和液壓攻絲機(jī)對中調(diào)整加強(qiáng)返修過程的工裝連接強(qiáng)度和剛度。

      (2)關(guān)鍵返修工藝步驟在于鏜床和液壓攻絲機(jī)的對中,定位芯桿的設(shè)計、加工精度需要重要保證。

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